基于单片机的线路保护设计与实现Word文件下载.doc

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专业：

本科生：

（签名）

指导教师：

摘要

电力作为一种高级、清洁、方便的能源利用形式，正越来越广泛地应用于经济社会的各个方面。

电力系统运行的安全性是形成系统威胁的主要问题，然而电力系统中的故障却是不可避免的。

为确保系统安全稳定运行，增强供电的可靠性和连续性，就需要一个优质的故障诊断分析系统。

输电线路，它连接着电源和各种用电设备，实现电能的传输任务。

当输电线路发生短路故障时，短路电流比正常工作电流大许多倍，产生巨大的热效应和力效应。

这不仅危及线路的本身的运行，而且给整个电力系统的安全稳定运行带来了隐患。

本设计对采用单片机构成结构简单，成本低，使用方便的三段式电流保护装置的硬件结构、软件设计进行了研究，设计了一种基于AT89S52单片机的输电线路电流保护装置。

本论文重要包括二大部分的内容。

第一部分介绍了微机保护的相关知识；

第二部分为单片机实现线路过流保护的硬件电路设计，包括模拟电流输入、单片机系统、继电器动作、以及按键和显示电路，并介绍了了LM324、AD0809、LF398等芯片。

关键词：

单片机；

继电保护；

电流保护；

电流。

研究类型：

应用研究

Subject:

BasedonSCMlineprotection（hardware）

Specialty:

ElectricEngineeringandit’sAutomation

Name:

LiuYongJin（Signature）

Instructor:

FuZhouXing（Signature）

Abstract

Electricpowerasasenior，clean，convenientenergyuseform，iswidelyusedintheaspectsofeconomicsociety．Powersystemoperationsafetyofthemainthreatistoformasystemproblem，however，isthepowersystemfaultinevitable．Toensurethesafeandstableoperationofthesystem，strengthenthepowersupplyreliabilityandcontinuity，youneedahighqualityfaultdiagnosisanalysissystem．Powerlines，itconnectsthepowerandallkindsofelectricequipment，realizepowertransmissiontask．Whenthetransmissionlineshappenwhenthefaultthannormalworkingcurrentshortcircuitcurrentmanytimes,theenormousheatingandpowereffect．Thisnotonlyendangerlinesoftheoperationitself，andthewholepowersystemforthesafeandstableoperationofbroughthiddentrouble．Thisdesignbysinglechipmicrocomputerconstitutesofsimplestructure，lowcostandconvenience3-sectionalcurrentprotectiondeviceofthehardwarestructureandsoftwaredesignresearch，designakindof52singlechipmicrocomputerbasedonMCStransmissionlinecurrentprotectiondevice．Thispaperincludestwomostimportantcontent．Thefirstpartintroducesthemicrocomputerprotectionrelatedknowledge；

Thesecondpartisthesinglechipmicrocomputertransmissionlinecurrentprotectionhardwarecircuitdesign，thedesignofthesimulation，theinputchannelandsingle-chipmicrocomputersystem，switchingoutputchannelandthekeyboardandshowcircuit，andintroduceLM324，itAD0809，LF398chip，etc.

Keywords:

Singlechipmicrocomputer；

Therelayprotection；

Currentprotection；

current.

Typeofresearch:

appliedresearch

II

目录

目录 1

1绪论 1

1.1选题的目的和意义 1

1.2电力系统继电保护的任务 1

1.3继电保护装置原理和装置的组成 2

1.3.1继电保护的原理 2

1.3.2继电保护装置的构成 3

1.4继电保护的基本要求 3

1.4.1选择性 3

1.4.2速动性 3

1.4.3灵敏性 4

1.4.4可靠性 4

1.5微机保护系统的简介 4

1.5.1继电保护的发展过程 4

1.5.2微机保护的特点 4

2输电线路电流保护的原理 6

2.1三段式保护的基本概述 6

2.2三段式电流保护的整定方式 6

2.2.1电流速断保护（第Ⅰ段） 6

2.2.2限时电流速断保护（第Ⅱ段） 8

2.2.3定时限过电流保护（第Ⅲ段） 9

3单片机实现输电线路电流保护的硬件总体设计 11

3.1系统的基本结构 11

3.2硬件设计中器件的选择 11

3.3单片机的简介 12

3.3.1单片机的定义 12

3.3.2单片机主系统介绍 13

4硬件设计各部分详解 16

4.1单片机主系统设计 16

4.1.1单片机最小应用系统的设计 16

4.1.2复位电路 17

4.1.3晶振电路 18

4.1.48501电路连接图 19

4.2直流电源电路设计 19

4.3电流形成电路设计 20

4.4信号调理的流程设计 20

4.5采样保持的设计 23

4.6模数转换的设计 24

4.6.1模数转换电路的设计 24

4.6.2ACD0809的引脚和功能 25

4.6.3ADC0809的电路连接线 26

4.7LED数码显示器的设计 27

4.7.1LED数码显示器的结构和原理 27

4.7.2LED动态显示方式 28

4.7.3LED数码显示器的连接线 28

4.8单片机保护的抗干扰措施 29

5总结与展望 30

5.1实验完成结果总结 30

5.2设计中所遇到的问题及解决方法 30

5.3展望 31

附录 32

附录一硬件系统总体实物照片 32

附录二各个硬件电路实物照片 33

致谢 35

参考文献 36

1绪论

1.1选题的目的和意义

单片机是采用超大规模集成电路技术，在一个芯片上集成了CPU、储存器和IO接口三部分而形成的一个单片微计算机系统。

现在可以说单片机是百花齐放的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。

纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势。

单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛。

它在应用方面，目前已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，它改变了我们生活。

就从我们生活来看，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。

最早出现的继电保护装置是熔断器，后来发展为电磁型过流继电器，随着科技的发展，又出现了高频保护装置，从元件、材料等方面来说，它经历了从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。

当今，电力系统及广大用户对电网系统的继电保护技术提出了更高的要求，国内外继电保护技术正朝着网络化、计算机化、测量、控制、保护、数据通信一体化和人工智能化的方向发展，这对继电保护工作者提出了更加艰巨的任务，特别是对大型企业复杂厂区电网继电保护可靠性及智能化的研究尤为重要。

继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。

单片机实现的路保护装置护及成具有着常规保护所无法比拟的高可靠性。

例如,，采用了与高压线路保护类似的ＶＦＣ数据采集系统和高性能单片机构成的双ＣＰＵ系统，变压器主保护与变压器各侧的后备保护分别采用不同的ＣＰＵ完成保护功能。

在毕业设计的整个过程中，我们将会学习如何将单片机应用到线路保护中，这样做的好处以及它相对于其他同类产品的优点。

这也将对于我们所学习的理论知识有更加透彻的理解。

本课题以线路保护为研究对象，通过对三段式电流保护原理进行的研究，对线路保护进行理论分析，基于单片机进行硬件设计，实现线路的III段式电流保护的检测、快速处理和报警。

这样将会给我们的生活很多方面带来便捷。

1.2电力系统继电保护的任务

电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业。

它与国家的兴盛和人民的安康有着密切的关系，因此，电力产品应该是安全、可靠、经济、优质的能源产品。

随着国民经济的飞速发展，电力系统的规模越来越复杂。

在整个电力生产过程中，由于人为因素或大自然的原因，会发生这样那样的故障和出现不正常的运行状态。

一旦发生故障即会产生如下后果：

1.数值很大的短路电流通过短路点会燃起电弧使故障设备烧坏，烧毁。

2.短路电流通过故障设备和非故障设备时会发热并产生电动力作用，使设备受到机械损坏和绝缘损伤以至缩短设备使用寿命。

3.电力系统中电压下降，使大量用户的正常工作遭受破坏或产生废品。

4.破坏电力系统各发电厂之间并行运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个系统瓦解瘫痪。

对于电力系统运行中存在的